Quinta-feira, 23 de Outubro de 2008

A Inflação

 

Explicar à Luísa e à Ana o que é a Inflação??? Tu lembras-te de cada uma... Como é que eu vou explicar uma coisa dessas a quem não conhece a matemática do Big Bang?

 

Experimenta...

 

Bem... deixa lá ver por onde hei de começar... Já ouviram falar do Ruído do Fundo Cósmico?

 

Já; no início, o Universo era tão compacto que os electrões e protões não poderiam associar-se em átomos, formando um gás de iões a alta temperatura; quando o universo expandiu o suficiente, as partículas elementares puderam formar átomos, ou seja, matéria neutra. A radiação térmica que existia nesse momento propaga-se no Universo desde então e é a ela que chamamos Ruído do Fundo Cósmico.”

 

Não está mal, não senhora.” O Mário sorri simpaticamente para a Ana, certamente mais surpreendido do que eu, pois há muito que sei que não há assunto sobre o qual a Ana não tenha algum conhecimento. Excepto, talvez, o futebol, e, de certeza, a vida das socialites.

 

Ora uma caracteristica importante dessa radiação do fundo cósmico é que ela é sempre igual, qualquer que seja a direcção de onde nos chega; as flutuações são inferiores a 1:10000!” Ar de mistério do Mário.

 

E então?” a Luísa a reagir com alguma impaciência.

 

O facto dessa radiação ser tão uniforme significa que a distribuição de matéria e de temperatura seriam espantosamente uniformes em todo o Universo. Ora a teoria do Big Bang presume que o Universo se iniciou a partir de um ponto, sendo relativamente pequeno o intervalo de tempo até à libertação dessa radiação do fundo, conhecida pela sigla CMB (Cosmic Microwave Background): umas centenas de milhares de anos apenas.”

 

E...?

 

Porque razão essa distribuição de matéria e temperatura seria tão uniforme? Se nós tivermos um gás quente num recipiente fechado, as suas propriedades são uniformes porque as partículas do gás e a radiação podem interagir em todo o volume do recipiente; mas aqui isso não é possível, porque o volume de interacção de cada partícula é limitado à distância que a luz pode percorrer desde o Big Bang até à libertação do CMB, o que é uma insignificância.”

 

Queres dizer que a uniformidade do CMB não pode portanto ser explicada pelo Big Bang?

 

Pela versão inicial, não. Esta é uma das razões que levou à hipótese da Inflação.”

 

Que é...?

 

Que é a de que nos instantes iniciais, durante uma fração de tempo muito pequena, do ordem dos 10-34 s, o universo sofreu uma expansão da ordem das 1050 vezes.”

 

 

 

O que representa este desenho da Nasa? Considere-se uma esfera do Universo com um raio arbitrário; agora considere-se uma secção dessa esfera; o desenho representa a evolução dessa secção ao longo do tempo: à direita está o momento presente, à medida que caminhamos para o passado (esquerda) a secção vai reduzindo até que se chega ao fundo esverdeado que representa a origem do CMB. Até aqui é o que observamos com telescópios e radiotelescópios. Note-se que a redução de diâmetro, segundo o BB, é de cerca de 1000 vezes, o desenho é apenas esquemático.

 O troço entre o momento do Big Bang e o CMB é especulativo; a Inflação está representada pela rápida variação de secção.

 

 

Espera ai, disseste que o universo aumentou 1050 vezes em 10-34 s ???

 

Sim, segundo alguns autores, porque há umas variantes desses números; nota que «aumentou» não é a palavra correcta, pois pressupõe que o Universo tem um tamanho finito e nós não sabemos isso, é preferível dizeres «expandiu».”

 

Explicas isso depois, ainda estou a ver se dijiro o que acabei de ouvir... em relação à velocidade de expansão actual, qual é a velocidade de inflação?

 

Aí umas 10100 vezes mais... a taxa de expansão da inflação é 1050/10-34/s=1084/s enquanto o valor actual da constante de Hubble é de 2,4*10-18/s... é mais ou menos isso.”

 

10100 ? Mas isso não é um número absurdamente grande?

 

É, a hipótese da Inflação não foi facilmente aceite, mas as observações exibem um acordo crescente com as previsões desta hipótese e nós não temos de presumir que o Universo está de acordo com as nossas ideias mas sim com as nossas observações.

 

Já estou a perceber a hipótese do Magueijo, da velocidade da luz variável... em vez de considerar que o Universo «inflou» 1050 vezes, considera que a velocidade da luz era 1050 vezes maior por forma a poder considerar que todo o Universo observado esteve em contacto...

 

Mais ou menos isso, creio que ele considera 1060; só que essa hipótese vai mexer com as leis físicas já estabelecidas enquanto a da Inflação não, limita-se a adicionar mais uma partícula, o Inflatão, responsável pelo campo que produziu a Inflação; assim o edifício do conhecimento construído fica intacto, apenas adicionamos qualquer coisa mais, o que é preferível a mexer na estrutura edificada e longamente testada.

 

E porque é que o Jorge disse que o Desvanecimento não precisa da hipótese da Inflação?

 

publicado por alf às 01:28
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Terça-feira, 14 de Outubro de 2008

O Tempo Escondido (2)

Queres espreitar o nascimento das primeiras estrelas? E há quanto tempo foi isso?” pergunto à Luisa, sempre quero ver se ela ainda se lembra das idades das estrelas. Luísa sorri-se para mim, percebeu exctamente a minha intenção:

 

Segundo os cosmólogos, a idade das estrelas mais antigas é 12,7 mil milhões de anos porque a idade do Universo é 13,7 mil milhões e tiraram mil milhões para dar tempo à formação das estrelas; segundo alguns astrónomos que estudam as estrelas, a idade do do Universo é 18 mil milhões de anos porque as estrelas mais antigas terão 17 mil milhões e o Universo tem de ser mais antigo.” E termina com um largo sorriso.

 

Isso mesmo Luísa. A idade do Universo calculada pelos cosmólogos depende do valor atribuído à constante de Hubble; no nosso caso, como disse, não estamos a usar o valor mais aceite actualmente mas um próximo do calculado por Alan Sandage, a que corresponde uma idade do Universo de 20 mil milhões de anos.”

 

Então achas que os astrónomos que dizem que as estrelas mais antigas têm 17 mil milhões de anos é que estão certos?”

 

Vamos descobrir. Nota o seguinte: essas estimativas das idades do Universo e das Estrelas são medidas em Tempo Atómico.  Quando fomos ao Futuro, vimos que podem ser bem diferentes as medidas em Tempo Atómico e em Tempo de Referencia; que acontecerá em relação ao Passado? Vamos recuar 50 mil milhões de anos no Tempo de Referência para ver o que acontece:

 

 

 


O valor «-18,3» surge na caixa do Tempo Atómico. “Ena, isso quer então dizer que a idade do Universo em Tempo de Referência é de cerca de 50 mil milhões de anos? A Idade Atómica já é quase os 20 mil milhões de anos, que disseste ser a idade do Universo no teu modelo...” a Luísa a querer entender mas sem ter a certeza do que dizia.

 

Será? O que é que me impede de recuar mais no tempo? Vou pôr agora –100 mil milhões de anos:”

 

 

 

Que acham?

 

O Tempo Atómico quase não aumentou...” exclama a Ana, pensativa, cortando o silêncio dos outros.

 

Vou dobrar novamente o Tempo de Referência:”

 

 


 

E agora?

 

Olha como o valor do Desvanecimento disparou!” Exclama a Luísa surpreendida.

 

Pois é Luísa; o valor do Desvanecimento é agora cerca de 20000, o que significa que todas as partículas são 20 000 vezes maiores do que actualmente. Um terrestre, no nosso cenário imaginado, teria entre 30 a 40 km de altura; o raio da Terra seria quase igual à distância Terra-Sol, ou seja, os planetas interiores e o sol estariam sobrepostos; mas o mais importante é notar que o Tempo de Referência já vai em 200 mil milhões de anos e o Tempo Atómico não passa dos 20. Nunca poderá passar dos 20 mil milhões de anos. Queres ver?” Increvo um número enorme no Tempo de Referência:

 

 


Então o Tempo Atómico é o mesmo?” admira-se Ana.


Avariou-se a Cápsula do Tempo!” ri-se a Luísa

 

Não, não é o mesmo, mas variou apenas uma remota casa decimal que não aparece na janela; a Lei do Desvanecimento é tal que por mais antigo que o Universo seja em unidades do Tempo de Referência, a sua antiguidade em Tempo Atómico nunca passará de 20 mil milhões de anos, ou seja, do tempo de Hubble, H0-1. Vou mostrar-vos um gráfico da relação entre Tempo de Referência e Tempo Atómico para perceberem melhor.” Abro um programa de matemática e rapidamente obtenho o gráfico pretendido:

 

 


 

Como podem ver, o Tempo Atómico tende assimptoticamente para H0-1; a Matéria poderia ter uma idade infinita medida com a nossa actual unidade de tempo mas a sua idade, medida com uma unidade de tempo atómica, que vai dobrando a intervalos regulares, nunca passará de um valor limite.”

 

Mas é infinita a idade da Matéria ou não?

 

Não Luísa, não é, já falaremos disso, por agora o importante é que percebam porque é que os cálculos sobre a idade das estrelas parecem conduzir ao mesmo valor que a idade do Universo.”

 

Hummm... porque os cálculos dos astrónomos e cosmólogos são em unidades atómicas?

 

Isso mesmo Luísa; o Big Bang, como o modelo de Ptolomeu, é um modelo das observações tal como nós as percebemos, ou seja, é um modelo de como o Universo se nos apresenta, portanto é um modelo em unidades atómicas.”

 

Ahh, estou a perceber, os primeiros milhares de milhões de anos aparecem comprimidos nos primeiros instantes do Tempo Atómico...

 

Isso mesmo Ana.”

 

Espera lá, isso está de acordo com a hipótese da Inflação...”, os olhos esbugalhados do Mário revelam a dimensão da sua surpresa.

 

Exactamente Mário, este é o verdadeiro fenómeno por detrás dessa coisa impossível que é a Inflação e que motivou a teoria da Velocidade da Luz Variável do João Magueijo, que até já tem uma série no Science Channel.”

 

Que, portanto, para ti, está errada.”

 

Todas as EXPLICAÇÕES das ciência actual estão erradas, apenas os MODELOS DA APARÊNCIA são correctos até certo ponto. É isso que a metodologia científica permite construir: modelos da aparência do Universo tal como o observamos; é isso que o Big Bang é.”

 

Inflação??? O que é isso?

 

Inflação? É a coisa aparentemente mais extraordinária e absurda que se pode conceber à luz da física actual; mas o Mário acaba de suspeitar que possa ser consequência de um fenómeno de Desvanecimento; Mário, explica lá à Luísa e à Ana o que é a Inflação.”

 

 

publicado por alf às 02:20
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Quarta-feira, 8 de Outubro de 2008

O Tempo Escondido (1)

 

Vamos começar o passeio para o Passado como fizemos para o Futuro: com um saltito no Tempo, uma semivida.”

 

Ahh, mas aí tens um problema meu caro Jorge! É que se podes presumir que o Futuro é a perder de vista, o mesmo não acontece em relação ao Passado: se te alongas muito no salto cais antes do Universo ter começado a existir!”. Mário termina a frase com um largo sorriso; mesmo na penumbra, percebo-lhe os olhos buscando a reacção da Luísa; que solta o riso e comenta:

 

Jorge, toma lá cuidado com a tua condução da Cápsula do Tempo, não queremos cair fora do Universo, está-se tão bem aqui...”, a mão buscando a do Mário.

 

Os audazes, a fortuna ajuda!” sorrio-me ao lembrar a frase do capitão Haddock num livro do Tintim que lera em miúdo “Mas não tenham receio porque estão nas mãos de um velho Lobo do Tempo.” Inscrevo o número «-14» na janela do tempo de referência na folha de cálculo:

 


 

  
Debruçam-se todos sobre o computador. “Dez? Então agora o Tempo Atómico anda mais devagarinho que o Tempo de Referência?”, a Luísa até parece zangada.

 

Claro! No Passado era tudo maior, e as unidades de medida também. Há 14 mil milhões de anos, as partículas, os átomos, os corpos, tinham o dobro do tamanho que têm hoje e a Unidade de Tempo seria o dobro, ou seja, um relógio atómico levaria 2 segundos pelo nosso Tempo de hoje a avançar cada segundo.”

 

Então, naquele cenário que usamos no passeio ao Futuro, as pessoas teriam à volta de 3,5 m de altura, o raio da Terra seria o dobro... o Sol pareceria estar a metade da distância, o que significa que as pessoas veriam um Sol 4 vezes mais luminoso...

 

Isso mesmo Ana”, assenti.

 

E quando a Terra se formou, há 4,56 mil milhões de anos?” o Mário curioso.

 

4,56 dizes tu? Como isso é calculado por decaimento radioactivo, trata-se de um tempo medido por um relógio atómico, portanto, a idade Atómica da Terra é 4,56 mil milhões de anos; ora deixa-me procurar o valor do Tempo de Referência a que corresponde esse Tempo Atómico.” Alguns «clicks» depois:

 


 

 
Aqui está, a idade da Terra medida com a unidade de Tempo actual é de 5,23 mil milhões de anos. A diferença parece pequena mas nota que o Desvanecimento já era de 1,3.”

 

Então o Sol pareceria estar mais perto... é como se fosse mais quente...

 

Isso mesmo Ana; na verdade, a energia radiada pelos astros não se altera com o Desvanecimento, mas a Terra seria maior e por isso receberia mais energia do Sol. Tudo se passaria como se o Sol fosse 69% mais quente do que efectivamente era.

 

Ahhh, daí a tua teoria sobre a origem da Vida baseada num passado terrestre muito quente...

 

Não só Mário, a Terra também estaria mais perto do Sol, como veremos; mas já tens aqui uma primeira razão para o facto de o passado da Terra não ser um passado de gelo, como a Física actual exige, pois o Sol radiaria menos energia quando era mais novo.

 

E se fossemos espreitar o nascimento das primeiras estrelas?

 

Ahá! Vamos ao encontro das primeiras coisas realmente interessantes!”

 

 

 

publicado por alf às 22:32
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Quarta-feira, 1 de Outubro de 2008

O Fim do Tempo (atómico)

 

Se o Desvanecimento continua indefinidamente? Não Ana, as partículas não poderão ser indefinidamente pequenas, porque o medium que forma o espaço deve ter uma estrutura. A mecânica quântica considera que existe uma dimensão mínima abaixo da qual enfrentamos as propriedades desse medium e já não as propriedades do nosso mundo de partículas.”

 

Estás a referir-te ao comprimento de Planck, é claro, da ordem dos 10-35 m

 

Sim, é claro. Deveremos presumir que existe um tamanho mínimo, ou uma energia mínima, para a perturbação que identificamos como partícula; abaixo disso, ou a partícula desaparece, ou desestabiliza-se e a energia residual da partícula liberta-se em radiação... poooof, a matéria passa a radiação.” Abro as mãos estendendo os braços numa mímica desse momento crucial.

 

Credo!” a Luísa reaje com horror,”isso é um bocado assustador!”. O Mário ri-se:

 

Luísa, não me digas que estavas a pensar que a Vida seria eterna!!! A Vida, mesmo que consiga tornar-se independente de estrelas moribundas e existir em naves espaciais, ficará sem energia à medida que as galáxias se forem condensando em buracos negros. A luz apagar-se-à em todo o Universo, muito, muito antes desse fim da Matéria que o Jorge está aqui a fantasiar!

 

O ar aturdido da Luísa até me faz pena. Um momento de silêncio. Luísa insiste: “Então, Mário, para ti o Universo será um espaço escuro polvilhado de buracos negros para toda a eternidade, salvo um fugaz momento inicial em que as estrelas puderam brilhar?” Mário enfrenta a Luísa e responde firme: “A tua descrição é exacta!” Luísa fica com ar parado por momentos, parece que foi desligada da corrente, mas explode subitamente:

 

Queres dizer que o Universo existe unicamente para produzir buracos negros? Surge de uma explosão como se tivesse um objectivo a atingir, cheio de força e de luz, e esse objectivo afinal não passa de fazer buracos negros? A Luz existe então apenas no estado larvar do Unverso, aquele onde nos encontramos? Ora, tem paciência...

 

Mário suspirou. “Luísa, nós, os humanos, somos uns romanticos, até acreditamos na Vida Eterna, mas as coisas são como são: o Universo não tem finalidade nenhuma, é o que é, tal como nós o somos, também temos um momento de Vida, depois seremos pó para toda a eternidade. Assim somos nós, assim é o Universo.

 

Não é bem assim, Mário” a voz profunda da Ana faz-nos virar a cabeça, “os nossos corpos serão pó mas há algo que vai passando por todos estes corpos e que é mais do que eles; e não me refiro a almas nem a espíritos nem nada sobrenatural, refiro-me a «informação», refiro-me à Vida.” Resolvo intervir antes que a conversa entre em terrenos perigosos:

 

Calma aí, vocês estão a falar antes de tempo. O cenário que o Mário traçou é o que resulta do Big Bang. Temos de ver o que acontece no quadro do Desvanecimento, mas não agora. Para já, o que podemos perceber é isto: é de presumir que, a certa altura, a matéria ou desaparece ou se transforma em radiação.”

 

E isso mostra logo que a tua teoria não passa de um castelo de cartas; porque se isso vai acontecer à Matéria actual, então teremos de presumir que já aconteceu às gerações anteriores de matéria, certo?

 

Certo!

 

Então essa radiação deveria andar por aí, não é? Mas não anda!!! Como explicas isso?”

 

Quem te disse que não anda por aí uma radiação que pode ter essa origem?” Mário fica com ar aturdido, não esperava esta resposta. Precipita-se: “Não me digas que estás a pensar no ruído de fundo cósmico?!”

 

Claro que não Mário! A radiação terminal será de muito alta frequência, não é verdade? A frequência mais alta possível...

 

Raios gama! Estás a pensar nos raios gama. Nos GRB, gamma ray burst!!” Os olhos muito abertos do Mário espelham a sua surpresa.

 

 

desenho Nasa ; a escala de tempos (a de baixo) marca o tempo desde o Big Bang

 

 

Mário, a seu tempo veremos se podemos deduzir exactamente as características finais da organização da matéria. E poderemos então verificar se podemos ou não observar os últimos tempos da geração anterior de matéria.”

 

Então isso significa que as sucessivas gerações de matéria se interpenetram, que algo pode ser transmitido entre elas tal como é transmitido entre as gerações de seres vivos.” A voz da Ana tinha uma força inesperada no escuro da sala. “Ou como as páginas de um livro!” exclama a Luísa com súbito entusiasmo,

 

As gerações de matéria sucedem-se como as páginas de um livro, cada uma contém um bocadinho de uma história que flui continuamente, página a página.” De pé agora, olhos brilhantes a furar a penumbra, Luísa é a a imagem de uma deusa conquistadora cuja lança rasga a névoa e descobre algo que é mais do que ela própria.

 

Calma, nada de precipitações!” tenho de sorrir face a tanto entusiasmo, “O Mário tem razão, as coisas são como são, não como nós gostariamos que fossem; temos de observar cuidadosamente e raciocinar com exactidão sobre o conjunto das observações. Eu não especulo, não faço hipóteses, limito-me ao que deduzo das observações. Nós voltaremos a fazer esta viagem, mas da próxima vez veremos a evolução da organização da Matéria, do princípio ao fim duma geração. Então, só então, poderão especular, porque estaremos na fronteira do nosso conhecimento. Agora é ainda muito cedo.”

 

Sim meu capitão!” a velha Luísa está de volta, recuperou o entusiasmo que o Universo de buracos negros do Mário arrefecera momentaneamente.

 

Bem, então, depois desta tormentosa paragem junto do fim do Tempo Atómico, vamos agora partir em direcção oposta: vamos para a Origem do Tempo!”

 

 

publicado por alf às 12:10
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